(57)【要約】【課題】  低コスト且つ簡易な構成で複数のビームを合成するビーム合成手段を備えた光源ユニット、この光源ユニットを有する光走査装置、これらを有する画像形成装置等の提供。【解決手段】複数個の光源２１ａ、２１ｂと、各光源２１ａ、２１ｂが発した複数のビームＬを合成するビーム合成手段１とを有し、ビーム合成手段１が複数の回折格子２３ａ、２３ｂを有する光源ユニット１０、光源ユニット１０を有する光走査装置、これらを有する画像形成装置等。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の光源と、各光源が発した複数のビームを合成するビーム合成手段とを有し、前記ビーム合成手段が複数の回折格子を有する光源ユニット。
【請求項２】
請求項１記載の光源ユニットにおいて、前記複数の回折格子が、２つの回折格子からなる、１組以上の回折格子対を有することを特徴とする光源ユニット。
【請求項３】
請求項２記載の光源ユニットにおいて、前記回折格子対を構成する２つの回折格子は、その格子ピッチが互いに同じであることを特徴とする光源ユニット。
【請求項４】
請求項２または３記載の光源ユニットにおいて、前記回折格子対は、各組が２つのビームを同軸合成し、前記複数のビームの数がＮであるとき、（Ｎ−１）組備えられていることを特徴とする光源ユニット。
【請求項５】
請求項４記載の光源ユニットにおいて、前記回折格子対の少なくとも１つの組の出力側の回折格子が偏向依存性を持つ偏向性回折格子であることを特徴とする光源ユニット。
【請求項６】
請求項５記載の光源ユニットにおいて、前記偏向性回折格子が、体積型格子でありブラッグ回折を行なうことを特徴とする光源ユニット。
【請求項７】
請求項５または６記載の光源ユニットにおいて、前記偏向性回折格子が、誘電異方性を有する非重合性液晶と、重合性モノマーまたはプレポリマーと、光重合開始剤とを少なくとも含む組成物を一対の透明基板間に保持し、前記組成物を二光束干渉露光することによって、主にポリマーを含む層と主に非重合性液晶を含む層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散液晶型の偏向性回折格子であることを特徴とする光源ユニット。
【請求項８】
請求項５記載の光源ユニットにおいて、前記偏向性回折格子が、ブレーズ形状または階段状ブレーズ形状の、屈折率異方性を持つ媒体界面を有することを特徴とする光源ユニット。
【請求項９】
請求項２ないし８の何れか１つに記載の光源ユニットであって、ビームの合成を複数回行なう光源ユニットにおいて、最終の合成を行う回折格子が、偏向依存性を持たない無偏向性回折格子であることを特徴とする光源ユニット。
【請求項１０】
請求項９記載の光源ユニットにおいて、前記無偏向性回折格子が、フォトポリマー材料を用いた回折格子であることを特徴とする光源ユニット。
【請求項１１】
請求項１ないし１０の何れか１つに記載の光源ユニットを有する光走査装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１０の何れか１つに記載の光源ユニットまたは請求項１１記載の光走査装置を有する画像形成装置等。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のビームを合成するビーム合成手段を有する光源ユニット、この光源ユニットを有する光走査装置、これらを有する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、たとえば〔特許文献１〕、〔特許文献２〕に開示されているように、複数のビームを合成するビーム合成手段を有する光源ユニットが知られている。かかる光源ユニットは、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に備えられた光走査装置等に用いられるものである。
【０００３】
〔特許文献１〕に開示されている光源ユニットのビーム合成手段は、偏向プリズムを用いて２つのビームを合成するものである。
〔特許文献２〕に開示されている光源ユニットのビーム合成手段は、偏向プリズム、ハーフミラー合成プリズムを用いて３つ以上のビームを合成するものである。
【０００４】
〔特許文献１〕、〔特許文献２〕に記載された、かかる光源ユニットを備えた光走査装置について図１８以下に沿ってさらに説明すると次のとおりである。
これらの光走査装置は、複数の発光部から複数のビームを共通の光学系を介して被走査面に導き、副走査方向に互いに分離した複数のスポットとして集光せしめ、前記光学系に含まれる光偏向器により前記複数ビームを同時に偏向せしめ、前記複数の集光スポットにより複数ラインを同時走査する方式のマルチビーム走査装置である。
【０００５】
〔特許文献１〕に記載のマルチビーム走査装置においては、図１８（ａ）に示すように、光源装置２１０から２本のビームが同時に放射される。これら２本のビームは共に平行光束であってシリンドリカルレンズ２１２により副走査対応方向に集束され、光偏向器である回転多面鏡２１４の偏向反射面の近傍に主走査対応方向に長い線像としてそれぞれ結像し、偏向反射面により反射されると、回転多面鏡２１４の等速回転に伴い等角速度的に偏向し、結像機能を有するｆθミラー２１６に入射して反射され、ミラー２１８により折り返されると、樽型トロイダル面を有する長尺トロイダルレンズ２２０を透過、屈折し、ミラー２２２により光路を折り曲げられ、光導電性の感光体２２４の感光面である被走査面に入射する。
【０００６】
ｆθミラー２１６と長尺トロイダルレンズ２２０とは協働して、各ビームを被走査面上にスポットとして集光させる。この場合のｆθミラー２１６は、主として光偏向後の各ビームを主走査方向で結像させ、また長尺トロイダルレンズ２２０は、ｆθミラー２１６と協働して各ビームを副走査方向で結像させるようになっている。
【０００７】
光源装置２１０は、図１８（ｂ）に示すように、２個の半導体レーザ２０１、２０２から出射されたビームをコリメートレンズに相当するカップリングレンズ２０３、２０４によって平行光束とし、ビーム合成手段２０５によって合成するようになっている。
ビーム合成手段２０５は、λ／２板である１／２波長板２５１とプリズム２５２とを一体構造としたものであり、プリズム２５２は偏光分離膜２５３を備えている。偏光分離膜２５３はＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。プリズム２５２は通称、偏光プリズムと呼ばれる。
【０００８】
半導体レーザ２０１からのレーザビームは偏光分離膜２５３に対してＰ偏光となるように放射される。したがってカップリングレンズ２０３によりカップリングされたビームは、プリズム２５２に入射すると偏光分離膜２５３をそのまま透過する。
半導体レーザ２０１からのレーザビームは１／２波長板２５１に対してＰ偏光となるように放射される。したがってカップリングレンズ２０４によりカップリングされたビームは１／２波長板２５１を透過することにより、偏光面を９０°回転され、偏光分離膜２５３に対してＳ偏光となる。このビームはプリズム２５２のプリズム斜面により全反射され、次いで偏光分離膜２５３により反射されてプリズム２５２から射出する。かくして、半導体レーザ２０１、２０２からの各ビームが合成される。
【０００９】
カップリングレンズ２０３、２０４の光軸は互いに平行であり、これら光軸の距離はビーム合成手段２０５でビーム合成したとき、各カップリングレンズ２０３、２０４の光軸が互いに合致するように定められている。
プリズム２０５から射出する各ビームはいずれも直線偏光で、偏光面が互いに９０°をなしている。上述したところの共通の光学系には回転多面鏡２１４の偏向反射面や、ｆθミラー２１６、ミラー２１８、２２２が反射面として含まれる。反射面の反射率は入射光がＳ偏光であるかＰ偏光であるかによって変化するので、走査スポットの強度変動の原因となる、偏光状態による反射率の変動を防止するため、合成された各ビームの偏光状態を円偏光にするための図示しない１／４波長板が、光源装置２１０の内部または光源装置２１０とシリンドリカルレンズ２１２との間に配置されている。
【００１０】
半導体レーザ２０１、２０２のうち一方もしくは双方の発光部を、対応するカップリングレンズの光軸に対して微小距離ずらすと、各ビームの形成するスポットは被走査面上で互いにずれる。半導体レーザ２０１、２０２のうち一方もしくは双方の発光部と光軸のずれ量を固定すると被走査面上の２つのスポットの距離も一定となるので、被走査面上の２つのスポットの距離をｌとする。
【００１１】
図１８（ｃ）は、被走査面上の２つのスポットＳＰ１、ＳＰ２の関係を示している。図の左右方向が主走査方向、上下方向が副走査方向である。スポットＳＰ１、ＳＰ２の距離がＬであるから、これら２つのスポットＳＰ１、ＳＰ２を結ぶ直線が主走査方向と成す角をξとすれば、スポットＳＰ１、ＳＰ２は主走査方向にはｌｍ（＝ｌ・ｃｏｓξ）だけ互いに分離し、副走査方向にはｌｓ（＝ｌ・ｓｉｎξ）だけ相互に分離することになる。
【００１２】
よって、図１８（ａ）において矢印Ｒで示すように、光源装置２１０の全体を、たとえばカップリングレンズ２０３の光軸を軸として回転調整可能とし、密度切り換え信号を角度制御部２２６に入力し、光源装置２１０をモータ２２８によって全体として回転させることにより、前記の角ξを調整することができ、スポットＳＰ１、ＳＰ２の副走査方向の分離量ｌｓを調整することができる。
【００１３】
分離量ｌｓは、同時に走査される２ラインのピッチであるから、これを変化させることにより、マルチビーム走査による書込みにおける書込み密度を可変にすることもできる。図１８（ｂ）に示すように、書込み信号は、コンピュータ等の書込み制御部２３０を介してＬＤ駆動部２３２に送られ、ＬＤ駆動部２３２は、奇数ラインの書込み信号により半導体レーザ２０１の発光を変調制御し、偶数ラインの書込み信号により半導体レーザ２０２の発光を変調制御する。光走査を開始するに先立ち、各ビームは図示しない光検出器で検出され、各ビームによる書込み開始のタイミングが決定される。ｌｍは、各スポットを同一の光検出器で構成される検出部で独立して検出できる程度の大きさに分離するように設定される。
【００１４】
〔特許文献２〕に記載のマルチビーム走査装置においては、図１９に示すように、３ビームの合成を行う場合には、それぞれに１つの発光部を持つ３つの発光素子である半導体レーザ３０１〜３０３を備えている。各半導体レーザ３０１〜３０３より放射される光ビームをそれぞれ符号Ａ１、Ａ２、Ｂ１で示す。符号３１１〜３１３はカップリングレンズであるコリメータレンズを示しており、半導体レーザ３０１〜３０３より放射された光ビームを略平行光束にしている。
【００１５】
符号３３１は合成手段としての偏光プリズムを示している。偏向プリズム３３１は、１／２波長板３２１を備え、１／２波長板３２１で偏光方向を９０°回転された光ビームＡ２をすべて透過し、また偏光方向を回転されていない光ビームＡ１をすべて反射することで光ビームＡ１、Ａ２を合成し、合成された光ビームＡをハーフミラープリズム３３２に向けて放射する。
【００１６】
ハーフミラープリズム３３２は光ビームＡ、Ｂ1のそれぞれ半分を透過し、半分を反射することで、約半分の効率で３ビームの光ビームＡＢを合成する。光ビームＡＢは、１／４波長板３２２により円偏光状態に揃えられた後、〔特許文献１〕の構成を借りて説明すると、図１８（ａ）におけるシリンドリカルレンズ２１２に向けて放射される。
【００１７】
図２０に示すように、４ビームの合成を行う場合は、それぞれに１つの発光部を持つ半導体レーザ４０１〜４０４を備えている。各半導体レーザ４０１〜４０４より放射される光ビームをそれぞれ符号Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２で示す。符号４１１〜４１４はカップリングレンズであるコリメートレンズを示しており、半導体レーザ４０１〜４０４より放射された光ビームを略平行光束にしている。
【００１８】
符号４２１、４２２は１／２波長板を示しており、略平行光束に変換された光ビームＡ２、Ｂ１の偏光方向を９０°回転させる。符号４３１、４３２は合成手段としての偏光プリズムを示している。偏向プリズム４３１に備えられた面４３１ａは偏光分離膜によって形成され、偏光方向を９０°回転された光ビームＡ２をほとんど透過し、また偏光方向を回転していない光ビームＡ１をほとんど反射することで、光ビームＡを合成し、合成された光ビームＡを合成手段としてのハーフミラープリズム４３３に向けて放射する。
【００１９】
同様に偏向プリズム４３２に備えられた面４３２ａは偏光分離膜によって形成され、偏光方向を９０°回転された光ビームＢ１をほとんど透過し、また偏光方向を回転していない光ビームＢ２をほとんど反射することで、光ビームＢを合成し、合成された光ビームＢをハーフミラープリズム４３３に向けて放射する。
【００２０】
ハーフミラープリズム４３３は面４３３ａにより合成光ビームＡの半分を透過し、合成光ビームＢの半分を反射することで、約半分の効率でさらに４ビームの光ビームＡＢを合成し、合成された光ビームＡＢは１／４波長板４２３により円偏光状態にそろえられた後、上述の光ビームＡＢと同様に、シリンドリカルレンズに向けて放射される。
【００２１】
図２１に示すように、５ビームの合成を行う場合は、それぞれに１つの発光部を持つ半導体レーザ５０１〜５０５を備えている。各半導体レーザ５０１〜５０５より放射される光ビームをそれぞれ符号Ａ１〜Ａ３、Ｂ１、Ｂ２で示す。符号５１１〜５１５はカップリングレンズであるコリメートレンズを示しており、半導体レーザ５０１〜５０５より放射された光ビームを略平行光束にしている。
【００２２】
符号５３１はビーム合成手段としてのハーフミラープリズムを示しており、ハーフミラープリズム５３１は、光ビームＡ１、Ａ２のそれぞれの半分を透過し、半分を反射することで、約半分の効率で光ビームＡ’を合成し、合成された光ビームＡ’を合成手段としてのハーフミラープリズム５３２に向けて放射する。
【００２３】
同様にハーフミラープリズム５３２は光ビームＡ’、Ａ３を合成し、光ビームＡとして偏光プリズム５３４に向けて放射する。また合成手段としてのハーフミラープリズム５３３は光ビームＢ１、Ｂ２を約半分の効率で合成し、光ビームＢとして合成手段としての偏光プリズム５３４に向けて放射する。
【００２４】
偏光プリズム５３４は１／２波長板５２１で偏光方向を９０°回転された光ビームＡをすべて透過し、偏光を回転されていない光ビームＢをすべて反射することで光ビームＡＢを合成し、放射する。光ビームＡＢは１／４波長板５２２により円偏光状態にそろえられた後、上述の光ビームＡＢと同様に、シリンドリカルレンズに向けて放射される。
【００２５】
【特許文献１】特開平１１−９５１３９号公報
【特許文献２】特開２００３−２０２５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかし、〔特許文献１〕、〔特許文献２〕に開示されている光源ユニットのビーム合成手段は、偏向プリズム、ハーフミラー合成プリズムといったプリズムを用いてビームを合成する構成であるため、かかるプリズムに関して、ビームの入力面、全反射面、反射/透過合成部、出力面等の少なくとも４面に光学的平面性が要求されるので、高精度研磨面が多く、高価であるという問題がある。また必要とされるプリズムの数は合成されるビーム数が増えるほど多数個必要になるため、ビーム数が増えるほど高価になるという問題がある。
【００２７】
本発明は、低コスト且つ簡易な構成で複数のビームを合成するビーム合成手段を備えた光源ユニット、この光源ユニットを有する光走査装置、これらを有する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置等の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、複数個の光源と、各光源が発した複数のビームを合成するビーム合成手段とを有し、前記ビーム合成手段が複数の回折格子を有する光源ユニットにある。
【００２９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光源ユニットにおいて、前記複数の回折格子が、２つの回折格子からなる、１組以上の回折格子対を有することを特徴とする。
【００３０】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の光源ユニットにおいて、前記回折格子対を構成する２つの回折格子は、その格子ピッチが互いに同じであることを特徴とする。
【００３１】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の光源ユニットにおいて、前記回折格子対は、各組が２つのビームを同軸合成し、前記複数のビームの数がＮであるとき、（Ｎ−１）組備えられていることを特徴とする。
【００３２】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の光源ユニットにおいて、前記回折格子対の少なくとも１つの組の出力側の回折格子が偏向依存性を持つ偏向性回折格子であることを特徴とする。
【００３３】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の光源ユニットにおいて、前記偏向性回折格子が、体積型格子でありブラッグ回折を行なうことを特徴とする。
【００３４】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の光源ユニットにおいて、前記偏向性回折格子が、誘電異方性を有する非重合性液晶と、重合性モノマーまたはプレポリマーと、光重合開始剤とを少なくとも含む組成物を一対の透明基板間に保持し、前記組成物を二光束干渉露光することによって、主にポリマーを含む層と主に非重合性液晶を含む層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散液晶型の偏向性回折格子であることを特徴とする。
【００３５】
請求項８記載の発明は、請求項５記載の光源ユニットにおいて、前記偏向性回折格子が、ブレーズ形状または階段状ブレーズ形状の、屈折率異方性を持つ媒体界面を有することを特徴とする。
【００３６】
請求項９記載の発明は、請求項２ないし８の何れか１つに記載の光源ユニットであって、ビームの合成を複数回行なう光源ユニットにおいて、最終の合成を行う回折格子が、偏向依存性を持たない無偏向性回折格子であることを特徴とする。
【００３７】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の光源ユニットにおいて、前記無偏向性回折格子が、フォトポリマー材料を用いた回折格子であることを特徴とする。
【００３８】
請求項１１記載の発明は、請求項１ないし１０の何れか１つに記載の光源ユニットを有する光走査装置にある。
【００３９】
請求項１２記載の発明は、請求項１ないし１０の何れか１つに記載の光源ユニットまたは請求項１１記載の光走査装置を有する画像形成装置等にある。
【発明の効果】
【００４０】
本発明は、複数個の光源と、各光源が発した複数のビームを合成するビーム合成手段とを有し、前記ビーム合成手段が複数の回折格子を有する光源ユニットにあるので、プリズムのような体積の大きい硝材も必要なく安価に作成することができ、またビーム数が増えてもプリズムの個数増加によるコスト増よりもはるかに少ないコストでビーム合成手段を構成することができるから、複数のビームを、低コスト且つ簡易な構成で合成するビーム合成手段を備えた光源ユニットを提供することができる。
【００４１】
前記複数の回折格子が、２つの回折格子からなる、１組以上の回折格子対を有することとすれば、プリズムのような体積の大きい硝材も必要なく安価に作成することができ、またビーム数が増えてもプリズムの個数増加によるコスト増よりもはるかに少ないコストでビーム合成手段を構成することができるから、複数のビームを、低コスト且つ簡易な構成で合成することができ、加えて、光源の動作温度や変調に伴う出射ビームの波長変動による走査面のスポット位置変動を抑制することができビームの合成及び出射を高精度で行うことができるビーム合成手段を備えた光源ユニットを提供することができる。
【００４２】
前記回折格子対を構成する２つの回折格子は、その格子ピッチが互いに同じであることとすれば、プリズムのような体積の大きい硝材も必要なく安価に作成することができ、またビーム数が増えてもプリズムの個数増加によるコスト増よりもはるかに少ないコストでビーム合成手段を構成することができるから、複数のビームを、低コスト且つ簡易な構成で合成することができ、加えて、光源の動作温度や変調に伴う出射ビームの波長変動による走査面のスポット位置変動を極めて高度に抑制することができビームの合成及び出射を非常に高精度で行うことができるビーム合成手段を備えた光源ユニットを提供することができる。
【００４３】
前記回折格子対は、各組が２つのビームを同軸合成し、前記複数のビームの数がＮであるとき、（Ｎ−１）組備えられていることとすれば、プリズムのような体積の大きい硝材も必要なく安価に作成することができ、またビーム数が増えてもプリズムの個数増加によるコスト増よりもはるかに少ないコストでビーム合成手段を構成することができるとともに、各回折格子対で２つのビームを同軸合成するから、複数のビームを、低コスト且つより簡易な構成で合成することができ、加えて、光源の動作温度や変調に伴う出射ビームの波長変動による走査面のスポット位置変動を抑制することができ任意のビームの合成及び出射を高精度で行うことができるビーム合成手段を備えた光源ユニットを提供することができる。
【００４４】
前記回折格子対の少なくとも１つの組の出力側の回折格子が偏向依存性を持つ偏向性回折格子であることとすれば、プリズムのような体積の大きい硝材も必要なく安価に作成することができ、またビーム数が増えてもプリズムの個数増加によるコスト増よりもはるかに少ないコストでビーム合成手段を構成することができるとともに、各回折格子対で２つのビームを同軸合成し、特に偏光性回折格子で高効率で同軸合成するから、複数のビームを、低コスト且つより簡易な構成で高効率で合成することができ、加えて、光源の動作温度や変調に伴う出射ビームの波長変動による走査面のスポット位置変動を抑制することができ任意のビームの合成及び出射を高精度で行うことができるビーム合成手段を備えた光源ユニットを提供することができる。
【００４５】
前記偏向性回折格子が、体積型格子でありブラッグ回折を行なうこととすれば、プリズムのような体積の大きい硝材も必要なく安価に作成することができ、またビーム数が増えてもプリズムの個数増加によるコスト増よりもはるかに少ないコストでビーム合成手段を構成することができるとともに、各回折格子対で２つのビームを同軸合成し、特に偏光性回折格子で９０％以上の高効率で同軸合成するから、３つのビームを合成する部分においても入射角度依存性を利用して、複数のビームを、低コスト且つより簡易な構成で、より高効率で合成することができ、加えて、光源の動作温度や変調に伴う出射ビームの波長変動による走査面のスポット位置変動を抑制することができ任意のビームの合成及び出射を高精度で行うことができるビーム合成手段を備えた光源ユニットを提供することができる。
【００４６】
前記偏向性回折格子が、誘電異方性を有する非重合性液晶と、重合性モノマーまたはプレポリマーと、光重合開始剤とを少なくとも含む組成物を一対の透明基板間に保持し、前記組成物を二光束干渉露光することによって、主にポリマーを含む層と主に非重合性液晶を含む層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散液晶型の偏向性回折格子であることとすれば、プリズムのような体積の大きい硝材も必要なく安価に作成することができ、またビーム数が増えてもプリズムの個数増加によるコスト増よりもはるかに少ないコストでビーム合成手段を構成することができるとともに、各回折格子対で２つのビームを同軸合成し、特に高回折効率で偏光依存性があり、且つ体積型の回折格子であるポリマー分散液晶型の回折格子を有する回折格子で高効率で同軸合成するから、複数のビームを、低コスト且つより簡易な構成で高効率で合成することができ、加えて、光源の動作温度や変調に伴う出射ビームの波長変動による走査面のスポット位置変動を抑制することができ任意のビームの合成及び出射を高精度で行うことができるビーム合成手段を備えた光源ユニットを提供することができる。
【００４７】
前記偏向性回折格子が、ブレーズ形状または階段状ブレーズ形状の、屈折率異方性を持つ媒体界面を有することとすれば、プリズムのような体積の大きい硝材も必要なく安価に作成することができ、またビーム数が増えてもプリズムの個数増加によるコスト増よりもはるかに少ないコストでビーム合成手段を構成することができるとともに、各回折格子対で２つのビームを同軸合成し、特にブレーズ形状または階段状ブレーズ形状の、屈折率異方性を持つ媒体界面を有する偏光性回折格子で高効率で同軸合成するから、複数のビームを、低コスト且つより簡易な構成で高効率で合成することができ、加えて、光源の動作温度や変調に伴う出射ビームの波長変動による走査面のスポット位置変動を抑制することができ任意のビームの合成及び出射を高精度で行うことができるビーム合成手段を備えた光源ユニットを提供することができる。
【００４８】
ビームの合成を複数回行なう光源ユニットにおいて、最終の合成を行う回折格子が、偏向依存性を持たない無偏向性回折格子であることとすれば、プリズムのような体積の大きい硝材も必要なく安価に作成することができ、またビーム数が増えてもプリズムの個数増加によるコスト増よりもはるかに少ないコストでビーム合成手段を構成することができるから、複数のビームを、低コスト且つ簡易な構成で合成することができ、加えて、光源の動作温度や変調に伴う出射ビームの波長変動による走査面のスポット位置変動を抑制することができビームの合成及び出射を高精度で行うことができるとともに、０次光と１次光の回折効率が略等しい無偏向性回折格子を最終段で用いることでビーム合成系全体として高効率でビーム合成を行うことができるビーム合成手段を備えた光源ユニットを提供することができる。
【００４９】
前記無偏向性回折格子が、フォトポリマー材料を用いた回折格子であることとすれば、プリズムのような体積の大きい硝材も必要なく安価に作成することができ、またビーム数が増えてもプリズムの個数増加によるコスト増よりもはるかに少ないコストでビーム合成手段を構成することができるから、複数のビームを、低コスト且つ簡易な構成で合成することができ、加えて、光源の動作温度や変調に伴う出射ビームの波長変動による走査面のスポット位置変動を抑制することができビームの合成及び出射を高精度で行うことができるとともに、無偏向性回折格子に体積型格子の特性を持たすことができこれによってビーム合成で必要とされる０次光と片方の１次光のみが生じて他の回折次数が生じないためこれを最終段で用いることでビーム合成系全体として高効率でビーム合成を行うことができるビーム合成手段を備えた光源ユニットを提供することができる。
【００５０】
本発明は、請求項１ないし１０の何れか１つに記載の光源ユニットを有する光走査装置にあるので、上述の各効果を奏する光源ユニットを有し、プリズムのような体積の大きい硝材も必要なく安価に作成され、またビーム数が増えてもプリズムの個数増加によるコスト増よりもはるかに少ないコストでビーム合成手段が構成され、複数のビームを、低コスト且つ簡易な構成で合成する光源ユニットによって出射したマルチビームで光走査を行なう低コストの光走査装置を提供することができる。
【００５１】
本発明は、請求項１ないし１０の何れか１つに記載の光源ユニットまたは請求項１１記載の光走査装置を有する画像形成装置等にあるので、上述の各効果を奏する光源ユニットまたは上述の効果を奏する光走査装置を有し、プリズムのような体積の大きい硝材も必要なく安価に作成され、またビーム数が増えてもプリズムの個数増加によるコスト増よりもはるかに少ないコストでビーム合成手段が構成され、複数のビームを、低コスト且つ簡易な構成で合成する光源ユニットによって出射したマルチビームで光走査を行ない画像形成等を行なう低コストの画像形成装置等を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
図１に、本発明を適用した画像形成装置の概略を示す。画像形成装置１００は、複写機、プリンタ、ファクシミリの複合機であって、外部から受信した画像情報に対応する画像信号に基づき画像形成処理を行なうことも可能である。画像形成装置１００は、他のタイプの画像形成装置、すなわちたとえばプリンタ、ファクシミリ、複写機、複写機とプリンタとの複合機等であっても良い。
画像形成装置１００は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、ＯＨＰシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをもシート状の記録媒体としてこれに画像形成を行なうことが可能である。
【００５３】
画像形成装置１００は、画像形成を行う画像形成部１０４と、画像形成部１０４の上方に配設された排紙トレイ１１５と、排紙トレイ１１５の上方に配設された原稿読み取り部１１６と、画像形成部１０４の下方に配設された給紙装置１１７と、画像形成装置１００の動作の全般を制御するＣＰＵ、メモリ等を備えた図示しない制御手段と、ユーザーに対し所定の情報を表示する図示しない表示装置及びユーザーにより所定の情報の入力を可能とする図示しない入力装置を備えた図示しない操作パネルとを有している。
【００５４】
画像形成部１０４は、その中心に配設された、ドラム状の像担持体としての感光体ドラムである、図示しない駆動源によって図中矢印Ａで示す時計方向に回転駆動される感光体１０５を備えたプロセスカートリッジ１０２と、プロセスカートリッジ１０２の上方に配設され、感光体１０５に、原稿読み取り部１１６によって読み取った画像情報または外部から入力された画像情報に応じた潜像を形成するための光走査装置１５１と、感光体１０５に対向して配設され感光体１０５上のトナー像を図示しないシート状の記録媒体としての用紙に転写するとともにトナー像を転写された用紙を搬送するための転写装置１２０とを有している。
【００５５】
画像形成部１０４はまた、給紙装置１１７から搬送されてきた用紙をトナー像の位置に合わせた所定のタイミングで感光体１０５と転写装置１２０との対向位置に給紙するレジストローラ１１９と、転写装置１２０により感光体１０５上のトナー像を転写されトナー像を担持した用紙に、そのトナー像を定着するための定着手段としての定着装置１１０とを有している。
【００５６】
プロセスカートリッジ１０２は、図示を省略するが、感光体１０５の周囲に、回転方向Ａに沿って配設された、感光体１０５を帯電させる帯電手段としての帯電装置と、感光体１０５にトナーを担持させて現像を行ない可視像であるトナー像を形成する現像手段としての現像装置と、転写装置１２０によって転写が行われた後に感光体５上に残留している残留トナーを感光体１０５上から掻き取ってクリーニングを行うクリーニング手段としてのクリーニング装置と、クリーニング装置によってクリーニングされた感光体１０５上の残留電荷を除電により除く除電手段としての除電装置とを有している。
【００５７】
転写装置１２０は、ゴム材料よりなる中抵抗のベルト１２１と、ベルト１２１を巻き掛けられ、ベルト１２１の駆動を行うための駆動ローラ１２２と、駆動ローラ１２２とともにベルト１２１を巻き掛けられた従動ローラ１２３と、ベルト１２１を感光体１０５に対し、転写に適した所定のタイミングで接離する図示しない接離手段とを有する、転写ベルト方式の転写装置である。
画像形成装置１００は、転写装置１２０により、感光体１０５上に形成されたトナー像を、用紙に転写して画像を形成するようになっている。
【００５８】
定着装置１１０は、発熱する加熱ローラ１２５と、加熱ローラ１２５に圧接した加圧ローラ１２６とを有しており、用紙に担持されたトナー像を、加熱に溶融し圧接により圧着させることで、用紙に定着させる。
排紙トレイ１１５は、画像形成装置１００の胴内に配設されている。画像形成装置１００は胴内排紙型の画像形成装置である。
【００５９】
給紙装置１１７は、多段に配設されそれぞれ用紙を積載する給紙トレイ１３１と、給紙トレイ１３１の上方に配設され画像形成部１０４で片面に画像を形成された用紙を一旦積載するとともに画像形成部１０４に再度給紙する両面トレイ１３２と、給紙トレイ１３１、両面トレイ１３２に積載された用紙を画像形成部１０４に向けて送り出す給紙ローラ１３３と、給紙ローラ１３３によって送り出された用紙の搬送を受け継いで画像形成部１０４に向けてさらに搬送する搬送ローラ１３４とを有している。
【００６０】
光走査装置１５１は、感光体１０５に対し、形成すべき画像に対応したビームＬを照射し、原稿情報に応じた潜像を形成する。
よって、感光体１０５は、帯電装置によって帯電された後、ビームＬによって潜像を形成され、現像装置によって現像を行われる。
帯電装置、現像装置、クリーニング装置及び除電装置は、後述するように光走査装置１５１によって発せられるビームＬの数に応じて、プロセスカートリッジ１０２内において、その数、配設態様が適宜選択される。
以下、光走査装置１５１についてさらに説明する。
【００６１】
図２（ａ）に示すように、光走査装置１５１は、光源ユニットとしての光源装置１０からの複数のビームＬを共通の光学系１５を介して感光体１０５の周面である被走査面に導き、副走査方向に互いに分離した複数のスポットとして集光せしめ、光学系１５に含まれる回転多面鏡である光偏向器１３により複数のビームＬを同時に偏向せしめ、複数の集光スポットにより複数ラインを同時走査する方式のマルチビーム走査装置である。なお、図２には、発光部１１を２つのみ図示し、これによって発せられるビームＬを用いて書き込みを行なう例を示しているが、発光部１１、ビーム数は複数であればよく、３つ以上で構成することが可能である。このことは後に明らかになる。
【００６２】
図２（ｂ）に示すように、光走査装置１５１においては、複数の光源としての半導体レーザ１１と、各半導体レーザ１１が発した複数のビームＬを合成するビーム合成手段１と、光学系１５とを備えた光源装置１１０から、複数のビームＬが同時に放射される。
図２（ａ）に示すように、これらビームＬは共に平行光束であって、光学系１５を経て被走査面に導かれる。
【００６３】
すなわち、かかるビームＬは、円筒レンズとしてのシリンドリカルレンズ１２により副走査対応方向に集束され、光偏向器１３の偏向反射面の近傍に主走査対応方向に長い線像としてそれぞれ結像し、偏向反射面により反射されると、光偏向器１３の等速回転に伴い等角速度的に偏向し、結像機能を有するｆθミラー１６に入射して反射され、ミラー１８により折り返されると、樽型トロイダル面を有する長尺トロイダルレンズ１７を透過、屈折し、ミラー１９により光路を折り曲げられ、光導電性の感光体１０５の感光面である被走査面に入射する。
【００６４】
ｆθミラー１６と長尺トロイダルレンズ１７とは協働して、各ビームＬを被走査面上にスポットとして集光させる。この場合のｆθミラー１６は、主として光偏向後の各ビームＬを主走査方向で結像させ、また長尺トロイダルレンズ１７は、ｆθミラー１６と協働して各ビームＬを副走査方向で結像させるようになっている。
【００６５】
図２（ｂ）に示すように、光源装置１０は、２個の半導体レーザ１１から出射されたビームＬをコリメートレンズに相当するカップリングレンズとしてのコリメートレンズ９によって平行光束とし、ビーム合成手段１によって合成するようになっている。
コリメートレンズ９の光軸は互いに平行であり、これら光軸の距離はビーム合成手段１でビーム合成したとき、各コリメートレンズ９の光軸が互いに合致するように定められている。
【００６６】
光学系１５には光偏向器１３の偏向反射面や、ｆθミラー１６、ミラー１８、１９が反射面として含まれる。これらの反射面の反射率は入射光がＳ偏光であるかＰ偏光であるかによって変化するので、走査スポットの強度変動の原因となる、偏光状態による反射率の変動を防止するため、後述するように、合成された各ビームＬの偏光状態を円偏光にするための図２においては図示しない１／４波長板が配設される。１／４波長板は、光源装置１０の内部または光源装置１０とシリンドリカルレンズ１２との間に配置される。
【００６７】
各半導体レーザ１１のうち一方もしくは双方の発光部を、対応するコリメートレンズ９の光軸に対して微小距離ずらすと、各ビームＬの形成するスポットは被走査面上で互いにずれる。各半導体レーザ１１のうち一方もしくは双方の発光部と光軸のずれ量を固定すると被走査面上の２つのスポットの距離も一定となるので、この被走査面上の２つのスポットの距離をｌとする。
【００６８】
図２１（ｃ）は、被走査面上の２つのスポットＳＰ１、ＳＰ２の関係を示している。図の左右方向が主走査方向、上下方向が副走査方向である。スポットＳＰ１、ＳＰ２の距離がｌであるから、これら２つのスポットＳＰ１、ＳＰ２を結ぶ直線が主走査方向と成す角をξとすれば、スポットＳＰ１、ＳＰ２は主走査方向にはｌｍ（＝ｌ・ｃｏｓξ）だけ互いに分離し、副走査方向にはｌｓ（＝ｌ・ｓｉｎξ）だけ相互に分離することになる。
【００６９】
よって、図２１（ａ）において矢印Ｒで示すように、光源装置１０の全体を、たとえば一方のコリメートレンズ９の光軸を軸として回転調整可能とし、密度切り換え信号を角度制御部１５６に入力し、光源装置１０をモータ１５８によって全体として回転させることにより、前記の角ξを調整することができ、スポットＳＰ１、ＳＰ２の副走査方向の分離量ｌｓを調整することができる。
【００７０】
分離量ｌｓは、同時に走査される２ラインのピッチであるから、これを変化させることにより、マルチビーム走査による書込みにおける書込み密度を可変にすることもできる。図２１（ｂ）に示すように、形成すべき画像に対応した書込み信号が、コンピュータ等の書込み制御部１６０を介してＬＤ駆動部としての光源駆動部１６２に送られ、光源駆動部１６２は、奇数ラインの書込み信号により一方の半導体レーザ１１の発光を変調制御し、偶数ラインの書込み信号により他方の半導体レーザ１１の発光を変調制御する。光走査を開始するに先立ち、各ビームＬは図示しない光検出器で検出され、各ビームＬによる書込み開始のタイミングが決定される。ｌｍは、各スポットを同一の光検出器で構成される検出部で独立して検出できる程度の大きさに分離するように設定される。
【００７１】
以下、ビーム合成手段１を中心に光源装置１０について説明する。ビーム合成手段１は、次に述べるように複数の回折格子を用いて複数のビームＬの合成を行なうものであって、光源として説明する半導体レーザの数、ビームＬの数に応じ、種々の態様で構成することが可能である。それぞれの構成において、複数の回折格子は、２つの回折格子からなる、１組以上の回折格子対を有している。
【００７２】
以下の説明では、複数個の光源としての半導体レーザ、コリメートレンズをそれぞれ表す符合として、説明の便宜上、上述の半導体レーザ１１、コリメートレンズ９と異なる符合を用いる。ただし、これらは同一視できるものであり、また以下の説明において、同様の構成には同じ符号を用い、また同じ符合や同じ形態を図示するに留めることで、適宜、重複する説明を省略する。
【００７３】
また以下の説明で、回折格子に入射したビームが、０次光、とあるのは、入射と同方向に射出するビームであり、回折格子により回折とあるのは入射方向とは異なる方向に回折するビームであって、回折された光は好ましくは１次回折光が適しているが、これに限定されず、１次以外の高次回折光でも良い。
【００７４】
図３に２ビーム合成の例を示す。複数個の光源である個別の半導体レーザ２１ａおよび２１ｂから放射されたビームＬは各々コリメートレンズ２２ａ、２２ｂで平行ビームになる。半導体レーザ２１ｂからのビームＬは直進して回折格子２３ｂに向けて放射される。また半導体レーザ２１ａからのビームＬは回折格子２３ａに入射し、回折される。
【００７５】
半導体レーザ２１ｂからの直進光Ｌと半導体レーザ２１ａから回折格子２３ａで回折された回折光Ｌは、共に回折格子２３ｂに入射する。回折格子２３ｂでは半導体レーザ２１ｂからのビームＬは０次光として直進する。半導体レーザ２１ａから回折格子２３ａで回折された回折光Ｌは回折格子２３ｂで再び回折され、半導体レーザ２１ｂからの直進ビームＬとほぼ同軸のビームＬとなり、これによってビーム合成が行なわれる。
【００７６】
合成された平行２ビームＬはシリンドリカルレンズ１２を含む光学系１５を介して、被走査面である感光体１０５に集光し、走査される。被走査面における２ビームＬの集光スポットは図２（ｃ）に示した配置になるように各半導体レーザ２１ａ、２１ｂとコリメートレンズ２２ａ、２２ｂの相対位置が設定される。
【００７７】
２ビームＬの合成には、一対の回折格子２３ａ、２３ｂが用いられている。これら２つの回折格子２３ａ、２３ｂは等ピッチ直線状の格子であり、各々の格子ピッチが近いこと、理想的には同一の格子ピッチであることが望ましい。これは、光源である半導体レーザ２１ａ、２１ｂが動作するときに周囲温度の変化による発振波長変化が生じた場合、あるいは画像記録のために駆動電流変調による光変調をおこなうときの発振波長変化が生じた場合を考慮したものであって、これらの場合において回折格子２３ａ、２３ｂによる回折角の変化に伴う走査面での集光スポット位置のシフトを防ぐために、かかる回折格子対２３ａ、２３ｂの格子ピッチを互いに同じにしたものであり、これによって、かかる波長変化に伴う走査位置シフトを全く生じなくすることができる。
【００７８】
すなわち、波長変化により１枚目の回折格子２３ａで回折角が変化して、その結果２枚目の回折格子２３ｂへの入射角が変化しても、格子ピッチが互いに同一であれば、回折格子２３ｂからの回折角は波長変化前と同一になり、一対の回折格子２３ａ、２３ｂから出射する回折光の出射角は波長変化にかかわらず常に一定となる。この結果、波長変化が生じても被走査面上の走査スポットの位置シフトは生じなくなる。
【００７９】
図４に３ビーム合成の例を示す。複数個の光源である個別の半導体レーザ３１ａ、３１ｂ、３１ｃから出射されたビームＬは各々コリメートレンズ３２ａ、３２ｂ、３２ｃで平行光になった後、半導体レーザ３１ａからのビームＬは回折格子３３ａで回折され、回折格子３３ｂに入射する。半導体レーザ３１ｂからのビームＬは直進して回折格子３３ｂに入射する。半導体レーザ３１ｃからのビームＬは回折格子３４ａで回折され、回折格子３３ｂに入射する。
【００８０】
回折格子３３ｂに入射した３ビームＬにおいて半導体レーザ３１ａからのビームＬは回折格子３３ｂで回折され、ほぼ垂直方向すなわち図において上下方向に出射して回折格子３４ｂに入射する。半導体レーザ３１ｂからのビームＬは回折格子３３ｂの０次光として直進して回折格子３４ｂに入射する。半導体レーザ３１ｃからのビームＬは回折格子３３ｂでは０次光として斜入射のまま直進して回折格子３４ｂに入射する。
【００８１】
回折格子３４ｂに入射した各々３ビームＬのうち、半導体レーザ３１ａからのビームＬおよび半導体レーザ３１ｂからのビームＬは回折格子３４ｂでは各々０次光として直進する。半導体レーザ３１ｃからのビームＬは回折格子３４ｂで回折され、ほぼ垂直方向すなわち図では上下方向に出射して半導体レーザ３１ａからのビームＬおよび半導体レーザ３１ｂからのビームＬとほぼ同軸のビームＬとなり、これによってビーム合成が行なわれる。
【００８２】
合成された３ビームＬは矩形開口を持ったアパーチャ２９を経てシリンドリカルレンズ１２を含む光学系１５を介して、被走査面である感光体１０５に３スポットが集光し、走査される。アパーチャ２９は、被走査面の集光スポット形状を適正化するために用いられるものである。
【００８３】
３ビームＬの合成には、回折格子３３ａ、３３ｂの一対と回折格子３４ａ、３４ｂの一対との、計２組の回折格子対３３ａ、３３ｂ，３４ａ、３４ｂが用いられている。回折格子３３ａ、３３ｂは互いに同一の格子ピッチ、回折格子３４ａ、３４ｂは互いに同一ピッチが好ましい。これは上述と同じ理由による。なお、回折格子対３３ａ、３３ｂのピッチと回折格子対３４ａ、３４ｂのピッチとは互いに同一であっても良いし、異なっていても良い。
【００８４】
図５に４ビーム合成の例を示す。複数個の光源である個別の半導体レーザ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄから出射されたビームＬは各々コリメートレンズ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄで平行光になった後、半導体レーザ４１ａからのビームＬは回折格子４３ａで回折され、回折格子４３ｂに入射する。半導体レーザ４１ｂからのビームＬは直進して回折格子４３ｂに入射する。半導体レーザ４１ｃからのビームＬは直進して回折格子４４ｂに入射する。半導体レーザ４１ｄからのビーム4は回折格子４４ａで回折され、回折格子４４ｂに入射する。
【００８５】
回折格子４３ｂに入射した２ビームＬにおいて半導体レーザ４１ａからのビームＬは回折格子４３ｂで回折され、ほぼ垂直方向すなわち図では上下方向に出射して回折格子４５ｂに入射する。半導体レーザ４１ｂからのビームＬは回折格子４３ｂの０次光として直進してやはり回折格子４５ｂに入射する。
【００８６】
回折格子４４ｂに入射した２ビームＬにおいて半導体レーザ４１ｃからのビームＬは回折格子４４ｂの０次光として直進して回折格子４５ａに入射する。半導体レーザ４１ｄからのビームＬは回折格子４４ｂで回折され、ほぼ垂直方向すなわち図では上下方向に出射して回折格子４５ａに入射する。回折格子４５ａに入射した２ビームＬすなわち半導体レーザ４１ｃ、４１ｄからのビームＬは共に回折格子４５ａで回折され、回折格子４５ｂに入射する。
【００８７】
回折格子４５ｂに入射した半導体レーザ４１ａ、４１ｂからのビームＬは０次光としてそのまま直進する。一方半導体レーザ４１ｃ、４１ｄからのビームＬは回折格子４５ｂにより回折され、ほぼ垂直方向すなわち図では上下方向に出射し、すべてのビームＬはほぼ同軸となり、これによってビーム合成が行なわれる。
【００８８】
合成された４ビームＬは矩形開口を持ったアパーチャ２９を経てシリンドリカルレンズ１２を含む光学系１５を介して、被走査面である感光体１０５に３スポットが集光し、走査される。
４ビームの合成には、回折格子４３ａ、４３ｂの一対と回折格子４４ａ、４４ｂの一対と回折格子４５ａ、４５ｂの一対との、計３組の回折格子対４３ａ、４３ｂ，４４ａ、４４ｂ，４５ａ、４５ｂが用いられている。回折格子４３ａ、４３ｂは互いに同一の格子ピッチ、回折格子４４ａ、４４ｂは互いに同一の格子ピッチ、回折格子４５ａ、４５ｂは互いに同一の格子ピッチが好ましい。これは上述と同じ理由による。なお、回折格子対４３ａ、４３ｂのピッチと回折格子対４４ａ、４４ｂのピッチと回折格子対４５ａ、４５ｂのピッチとは互いに同一であっても良いし、異なっていても良い。
【００８９】
図６に５ビーム合成の実施例を示す。複数個の光源である個別の半導体レーザ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅから出射されたビームＬは各々コリメートレンズ５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅで平行光になった後、半導体レーザ５１ａからのビームＬは回折格子５３ａで回折され、回折格子５３ｂに入射する。半導体レーザ５１ｂからのビームＬは直進して回折格子５３ｂに入射する。半導体レーザ５１ｃからのビームＬは回折格子５４ａで回折され、回折格子５４ｂに入射する。半導体レーザ５１ｄからのビームＬは直進して回折格子５４ｂに入射する。半導体レーザ５１ｅからのビームＬは回折格子５５ａで回折され、回折格子５４ｂに入射する。
【００９０】
回折格子５３ｂに入射した２ビームＬにおいて半導体レーザ５１ａからのビームＬは回折格子５３ｂで回折され、ほぼ垂直方向すなわち図では上下方向に出射して回折格子５６ａに入射する。半導体レーザ５１ｂからのビームＬは回折格子５３ｂの０次光として直進してやはり回折格子５６ａに入射する。
【００９１】
回折格子５４ｂに入射した３ビームにおいて半導体レーザ５１ｃからのビームＬは回折格子５４ｂで回折され、ほぼ垂直方向すなわち図では上下方向に出射して回折格子５５ｂに入射する。半導体レーザ５１ｄからのビームＬは回折格子５４ｂで０次光として直進し回折格子５５ｂに入射する。半導体レーザ５１ｅからのビームＬは回折格子５４ｂでは０次光として斜入射のまま直進して回折格子５５ｂに入射する。
【００９２】
回折格子５６ａに入射した２ビームＬは共に回折され、回折格子５６ｂに入射する。
回折格子５５ｂに入射した３ビームにおいて、半導体レーザ５１ｃからのビームＬは回折格子５５ｂにより回折され回折格子５６ｂに入射する。半導体レーザ５１ｄからのビームＬは０次光として直進し、回折格子５６ｂに入射する。半導体レーザ５１ｅからのビームＬは回折格子５５ｂにより回折され、ほぼ垂直方向すなわち図では上下方向に出射して回折格子５６ｂに入射する。
【００９３】
回折格子５６ｂに入射した５ビームにおいて、半導体レーザ５１ａ、５１ｂからのビームＬは回折格子５６ｂにより回折されほぼ垂直方向すなわち図では上下方向に出射する。一方半導体レーザ５１ｃ、５１ｄ、５１ｅからのビームＬは回折格子５６ｂを０次光として直進し、半導体レーザ５１ａ、５１ｂからのビームＬとほぼ同軸のビームＬとなり、これによってビーム合成が行なわれる。
【００９４】
合成された５ビームＬは矩形開口を持ったアパーチャ２９を経てシリンドリカルレンズ１２を含む光学系１５を介して、被走査面である感光体１０５に５スポットが集光し、走査される。
５ビームの合成には、回折格子５３ａ、５３ｂの一対と回折格子５４ａ、５４ｂの一対と回折格子５５ａ、５５ｂの一対と回折格子５６ａ、５６ｂの一対との、計４組の回折格子対５３ａ、５３ｂ，５４ａ、５４ｂ，５５ａ、５５ｂ，５６ａ、５６ｂが用いられている。これは上述と同じ理由による。
なお、回折格子対５３ａ、５３ｂのピッチと回折格子対５４ａ、５４ｂのピッチと回折格子対５５ａ、５５ｂのピッチと回折格子対５６ａ、５６ｂのピッチとは互いに同一であっても良いし、異なっていても良い。
【００９５】
以上示した各例のビーム合成手段１から明らかなように、各組の回折格子対は、２つのビームを同軸合成する。複数のビームの数がＮであるとき、回折格子対は、（Ｎ−１）組備えられている。Ｎは上述の例のように２〜５に限られず、６以上であってもよく、この場合にも、適宜上述の例を組み合わせることによって、ビーム合成手段１が構成される。
【００９６】
以上の各例においては、光利用効率の高くなる構成が採用されている。
図３に示した２ビーム合成の例では、回折格子２３ｂに回折効率に偏光依存性のある偏光性回折格子を用いている。偏光性回折格子は直交する偏光に対し、一方の偏光ではほとんど回折光として全回折し、これと直交する偏光ではほとんど０次光として全透過する回折格子である。回折格子２３ｂは、Ｐ偏光に対し全回折、Ｓ偏光に対し全透過の特性を持っている。半導体レーザ２１ａ、２１ｂからは、図３での紙面内で振動するＰ偏光のビームＬが出射する。
【００９７】
半導体レーザ２１ａからのＰ偏光のビームＬは回折格子２３ａで回折後もＰ偏光であり、回折格子２３ｂの偏光性回折格子に入射し、全回折され、効率良くほぼ垂直方向に出射する。一方半導体レーザ２１ｂから出射したＰ偏光のビームＬはコリメート後λ／２板である１／２波長板２７でＳ偏光に変換されて回折格子２３ｂの偏光性回折格子に入射し、Ｓ偏光のため全透過され、効率良く半導体レーザ２１ａからのビームＬと合成される。
【００９８】
合成された２ビームＬはシリンドリカルレンズ１２の前にあるλ／４板である１／４波長板２８で円偏光に変換される。これは、上述したように、光学系１５に含まれた光偏向器１３の偏向反射面や、ｆθミラー１６、ミラー１８、１９の反射面に反射率の偏光依存性があるためであって、２ビームとも円偏光にして、光強度が被走査面で同一レベルになるようにするためである。
【００９９】
回折格子２３ｂの偏光性回折格子は、Ｐ偏光で全回折、Ｓ偏光で全透過の特性を示すに限定されず、Ｐ偏光で全透過、Ｓ偏光で全回折の特性を持つものでも良い。この場合は１／２波長板２７は半導体レーザ２１ａからのビームＬを透過するように配置してＳ偏光に変換し、半導体レーザ２１ｂからのビームＬに対しては何も配置せずにＰ偏光のまま回折格子２３ｂに入射させれば同様に適用できる。
【０１００】
回折格子２３ａは回折格子２３ｂと同じ偏光性回折格子でも良いし、半導体レーザ２１ａからのビームＬを高効率に回折する偏光無依存性回折格子でも良い。回折格子２３ａにも偏光性回折格子を使う場合は、回折格子２３ｂと同じ格子が使用でき、素子種類を低減できるメリットがある。
【０１０１】
図４に示した３ビームの合成の例においては、回折格子３３ａ、３３ｂのうちの出力側の回折格子３３ｂに偏光依存性を有する偏光性回折格子を用いて高効率化している。回折格子３３ｂの偏光性回折格子は回折格子３３ａで回折された半導体レーザ３１ａからのＰ偏光のビームＬを再度回折して、ほとんど垂直方向に出射させる。一方半導体レーザ３１ｂからのビームＬは１／２波長板２７で偏光をＳ偏光に変換されて回折格子３３ｂの偏光性回折格子に入射し、ほとんど全透過の０次光として半導体レーザ３１ａからのビームＬと同軸に出射する。半導体レーザ３１ｃからのビームＬは回折格子３４ａで回折後、回折格子３３ｂに入射するが、ここでは０次光として斜入射のまま全透過直進する。
回折格子３３ｂの偏光性回折格子は半導体レーザ３１ａからのビームＬに対しては高効率に全回折、半導体レーザ３１ｂ、３１ｃからのビームＬに対しては高効率に全透過をおこない、３ビームに対してすべて高効率とすることができる。
【０１０２】
ここで、回折格子３３ｂにおいて半導体レーザ３１ａからのビームＬが全回折、半導体レーザ３１ｂからのビームＬが全透過である特性は、偏光性回折格子としての基本特性によるものである。しかしながら、半導体レーザ３１ｃからのビームＬの斜入射光が０次光として全透過の特性となるのは、回折格子３３ｂの偏光性回折格子として体積型回折格子ともいわれる体積位相型回折格子を用い、体積位相型回折格子の回折効率の入射角度特性を利用しているからである。
【０１０３】
体積位相型回折格子は、回折格子層内の厚さ方向全域にわたって屈折率の周期的変調構造ができているものであり、層内の屈折率が一定である格子面に対し、入射光と回折光が反射の法則を満たすような入射角のときに、回折効率が最大となる。この特定の入射角をブラッグ角といい、ブラッグ角で入射させたときの回折をブラッグ回折という。
【０１０４】
図７に、ブラッグ角からの偏移角θと回折効率の関係の一例を示す。同図は回折格子層厚４μｍ、周期的屈折率変調幅Δｎ＝０．１、波長λ＝４４１．６ｎｍのときのブラッグ角からの偏移角θと＋１次光回折効率との特性を示している。ブラッグ角からの偏移角θとして丸印で囲んだ部分の角度にすると＋１次光の回折効率はほぼ０となり、入射光は回折せず、ほとんど全透過することになる。
【０１０５】
図４（ｃ）に示すように、体積位相型回折格子である偏光性の回折格子３３ｂの上に回折格子３４ｂが積層されている。半導体レーザ３１ａからのビームＬａはブラッグ回折となる入射角をもって回折格子３３ｂに入射し、高効率に回折してほぼ垂直方向に出射する。一方半導体レーザ３１ｃからのビームＬｃは同じＰ偏光であるが、半導体レーザ３１ａからのビームＬａとは角度θだけ偏移した入射角で回折格子３３ｂに入射する。
【０１０６】
よって偏移角θを図７の丸印で囲まれた部分の値にすることにより、半導体レーザ３１ｃからのビームＬｃは回折格子３３ｂで回折せずほとんど全透過するので、ロスは生じない。
最終段、すなわち最終の合成を行う回折格子３４ｂは偏光依存性を持たない無偏光性回折格子であって、偏光方向による回折効率の依存性がなく、かつ０次光透過率と１次光回折効率が略等しく共におよそ５０％の効率を持つ回折格子である。
【０１０７】
回折格子３３ａからの３ビームＬについては、半導体レーザ３１ａからのビームＬ及び半導体レーザ３１ｂからのビームＬは偏光無依存性の回折格子３４ｂにほぼ垂直入射し、０次光としてそのまま直進する。半導体レーザ３１ｃからのビームＬは先に述べたように回折格子３３ｂを０次光として直進し、しかる後、偏光無依存性の回折格子３４ｂへ入射し、１次光として回折され、半導体レーザ３１ａからのビームＬ及び半導体レーザ３１ｂからのビームＬと同軸になって出射する。
回折格子３３ａ、３４ａは回折格子３４ｂと同じ偏光性回折格子であってもよいし、高回折効率の偏光無依存性回折格子であってもよい。
【０１０８】
図５に示した４ビームの合成の例においては、２つのビームＬが合わさって同軸化する、回折格子４３ａ、４３ｂ，回折格子４４ａ、４４ｂのうちの出力側の回折格子４３ｂ、４４ｂに偏光性回折格子を用いて高効率化している。本例は、図３に示した２ビーム合成の系の組み合わせによって構成されるため、かかる例と重複する部分については説明を省略する。
【０１０９】
回折格子４３ｂ、４４ｂに偏光性回折格子を用いることで、直交するＰ偏光、Ｓ偏光の２ビームＬを損失なく同軸合成させることができる。回折格子４３ａ、４４ａは回折格子４３ｂ、４４ｂと同じ偏光性回折格子であってもよいし、高回折効率の偏光無依存性回折格子であってもよい。
【０１１０】
回折格子４５ａはＰ偏光のビームＬ、Ｓ偏光のビームＬとも回折させたいので、１次回折効率がＰ偏光のビームＬ、Ｓ偏光のビームＬともに９０％以上の１次光回折効率で回折する、効率の高い偏光無依存性回折格子を用いている。最終段の合成を行う回折格子４５ｂは偏光方向による回折効率の依存性がなく、かつ０次光透過率と１次光回折効率が略等しく共におよそ５０％の効率を持つ回折格子であることが必要である。
【０１１１】
図６に示した５ビーム合成の例については、２つのビームＬが合わさって同軸化する、回折格子５３ａ、５３ｂ，回折格子５４ａ、５４ｂのうちの出力側の回折格子５３ｂ、５４ｂに偏光性回折格子を用いて高効率化している。本例は、図３に示した２ビーム合成の系および図４に示した３ビーム合成の系の組み合わせによって構成されるため、かかる例と重複する部分については説明を省略する。
【０１１２】
回折格子５３ｂ、５４ｂに偏光性回折格子を用いることで、直交するＰ偏光、Ｓ偏光の２ビームＬを損失なく同軸合成させることができる。回折格子５３ａ、５４ａ、５５ａは回折格子５３ｂ、５４ｂと同じ偏光性回折格子であってもよいし、高回折効率の偏光無依存性回折格子であってもよい。
【０１１３】
回折格子５６ａはＰ偏光のビームＬ、Ｓ偏光のビームＬとも回折させたいので、１次回折効率がＰ偏光のビームＬ、Ｓ偏光のビームＬともに９０％以上の１次光回折効率で回折する、効率の高い偏光無依存性回折格子を用いている。回折格子５５ｂおよび最終段の合成を行なう回折格子５６ｂは偏光方向による回折効率の依存性がなく、かつ０次光透過率と１次光回折効率が略等しく共におよそ５０％の効率を持つ回折格子であることが必要である。
【０１１４】
以上示した各例のビーム合成手段１から明らかなように、ビーム合成手段１を構成する回折格子対の少なくとも１つの組の出力側の回折格子は、偏光依存性を持つ偏光性回折格子であり、また、かかる偏光性回折格子は、体積型格子でブラッグ回折を行なうものとして構成される場合がある。さらには、図４ないし図６に示した例、次に示す図８、図９の例のように、ビームの合成を複数回行なうビーム合成手段１においては、最終の合成を行なう回折格子が、偏光依存性を持たない無偏向性回折格子とされている。
【０１１５】
図８に、図５に示した４ビーム合成系と同じ原理だが基板の共通化を行った構成を示す。図５に示した回折格子４３ａおよび４４ａの基板を共通にして回折格子部４３ａ、４４ａを有する回折格子板４６としている。回折格子板４６の、回折格子部４３ａ、４４ａの間には、半導体レーザ４１ｂからのビームＬと半導体レーザ４１ｃからのビームＬとに感度を有しない部分４７が形成されており、回折格子板４６の部分４７の下側に半導体レーザ４１ｂからのビームＬと半導体レーザ４１ｃからのビームＬとに共通の１／２波長板２７が貼付け一体化されている。
【０１１６】
また、図５に示した回折格子４３ｂおよび４４ｂの基板を共通にして回折格子部４３ｂ、４４ｂを有する回折格子板４８としている。回折格子板４８の上に偏光無依存性回折格子４５ａが貼付けられている。
このように、基板を共通化することによりビーム合成系のユニット化することができるとともに、その組み付けを簡易化することができ、また周囲温度変化に強い構造とすることができる。
これらの回折格子は、偏光性を有するものに限られない。
このような構造は、上述の各例に適用することも可能である。
【０１１７】
図９に、図５に示した４ビーム合成系とは異なる構成の４ビーム合成形の例を示す。本例では、回折格子対を構成しない回折格子４９を有し、複数のビームの数がＮ（＝４）であるとき、回折格子対が（Ｎ−２）（＝２）組備えられている点において上述の各例と異なっている。
【０１１８】
図５に示した例と異なるのは、半導体レーザ４１ｃからのビームＬが１／２波長板を透過することなく回折格子４４ｂに入射し、半導体レーザ４１ｄからのビームＬが１／２波長板２７を透過してから回折格子４４ｂに入射し、回折格子４４ｂによって合成された半導体レーザ４１ｃからのビームＬおよび半導体レーザ４１ｄからのビームＬが最終段の回折格子４９に入射する点である。
【０１１９】
ここで、図１０にビーム合成の最小単位となる２ビーム合成系を示す。回折格子６１、６２とも偏光性回折格子であり、ビームＬ１およびＬ２は直交するＰ偏光、Ｓ偏光で入力し、２枚の偏光性回折格子６１、６２で損失なくほぼ同軸に合成される。このとき回折格子６１、６２はピッチおよび格子層内部の格子構造まで同じ同一の回折格子を使うことができる。
【０１２０】
図１１に、図１０に示した２つの偏光性回折格子６１、６２を透明基板６３の両側に形成し、回折格子対６１、６２を一体化したものを示す。一体化によりビーム合成系のユニット化することができるとともに、その組み付けを簡易化することができ、また周囲温度変化に強い構造とすることができる。
これらの回折格子は、偏光性を有するものに限られない。
このような構造は、上述の各例に適用することも可能である。
【０１２１】
以上の例で述べられている偏光性回折格子として用いる素子の材料、作製法について述べる。
図１２に最終的に得られる偏光性回折格子７０を示す。偏光性回折格子７０は、液晶部７１とポリマー部７２とが周期的に並ぶ構造を形成したポリマー分散液晶型の偏光性回折回路である。液晶部７１全体の常光屈折率ｎｏとポリマー部７２の屈折率ｎｐとがほぼ一致するように、液晶部７１を構成する液晶の種類とポリマー部７２を構成するポリマーの種類の組合せを適宜設定している。
【０１２２】
すなわち、Ｓ偏光の入射光ＬＳに対しては液晶部７１全体の常光屈折率ｎｏとポリマー部７２の屈折率ｎｐとの差を感じないため回折せず、Ｐ偏光の入射光ＬＰに対しては液晶部７１全体の異常光屈折率ｎｅとポリマー部７２の屈折率との差を感じて回折するよう、かかる液晶の種類とかかるポリマーの種類との組み合わせを設定している。
【０１２３】
図１３に、作製の出発点となる素子の断面を示す。非重合性液晶分子７３と、重合性モノマーあるいはプレポリマー７４と、図示しない光重合開始剤とを均一に混合した組成物７５を二枚の透明基板７６間に挟み、保持する。組成物７５の厚みは基板間隔を制御する図示しないスペーサー部材によって制御できる。組成物７５は感光性を有するため、素子作製工程において感度を有する波長域の光を遮断した環境下で取り扱うことが好ましい。
【０１２４】
非重合性液晶分子７３の非重合性液晶としては、誘電異方性、屈折率異方性を有する液晶ならば一般的なものを使用できる。液晶材料を選択する時は、或るオーダーパラメーターの配向状態において、重合性モノマーあるいはプレポリマー７４の硬化層の屈折率を基準として、これと等しい屈折率となる液晶材料を選択してもよく、また、液晶材料を選択してから、その液晶のあるオーダーパラメーターの配向状態での屈折率を基準として、これと同じ屈折率になるように重合性モノマーあるいはプレポリマー７４を選択してもよい。
【０１２５】
重合性モノマーまたはプレポリマー７４としては、重合による硬化収縮が大きいものを用いることが好ましい。
光重合開始剤としては、公知の材料を用いることができ、光重合開始剤の添加量が少なすぎる場合にはポリマーと液晶の相分離が起こり難くなり、必要な露光時間が長くなってしまう。逆に、光重合開始剤が多すぎる場合にはポリマー部７２のポリマーと液晶部７１の液晶との相分離が不十分な状態で硬化してしまうため、ポリマー部７２のポリマー中に多くの液晶分子が取り込まれ、偏光選択性が小さくなるという問題がある。
【０１２６】
スペーサー部材としては、液晶表示装置に用いられるような球形スペーサー、ファイバースペーサー、フィルムなどを用いることが出来る。また、フォトリソグラフィーとエッチングあるいは成型技術などによって基板表面に突起形状を加工しても良い。スペーサー部材はホログラムの有効領域外に形成することが好ましい。スペーサー部材の高さは数μｍから数十μｍ範囲が好ましく、回折光の波長とポリマー部７２と液晶部７１との屈折率差に応じて所望の回折格子層厚みｄとなるように適宜設定される。
透明基板７６としては、液晶表示装置に用いられるようなガラス、プラスチックなどを用いることができる。
【０１２７】
次に相分離による回折格子７０の形成過程について説明する。
図１４に示すように、図示しない所望の波長のレーザ光源による二光束干渉露光系を用いて、組成物７５中に露光を行うと、組成物７５中に干渉縞７８が形成され、組成物７５に、露光される領域と露光されない領域が形成される。この領域の一部７７を抜き出して図１５に示す。図１５において、符号７９は、図１４に示した干渉縞７８によって形成される明部と暗部との露光部界面を示している。
【０１２８】
図１５に示すように、干渉縞の明部においては、重合性モノマーあるいはプレポリマー７４の光重合反応が始まる。光重合反応においては、硬化収縮が起こって密度差が生じ、隣接する重合性モノマーあるいはプレポリマー７４が明部に移動し更に重合が進行する。それと同時に明部に存在していた非重合性液晶分子７３によって構成される非重合性液晶が暗部に向かって追い出されることで相分離が起こり、主にポリマーを含む層であるポリマー部７２と、主に不重合性液晶を含む層である液晶部７１とが形成される。
【０１２９】
相分離の際、液晶分子７３が移動して行く際にモノマーやポリマー鎖との相互作用で液晶分子長軸を移動方向に配向させようとする力が働くと考えられる。すなわち、相分離過程において干渉縞７８の間隔方向に液晶分子７３を配向させようとする力が働くと考えられる。
【０１３０】
最終的には図１２に示したように、図１４に示した干渉縞７８の明暗のピッチに対応して、ポリマー部７２からなるポリマー層と液晶部７１からなる非重合性液晶層との周期構造が形成され、液晶部７１の配向ベクトルが図１４に示した干渉縞７８の間隔方向すなわち図１２における左右方向を向いた状態が得られる。
【０１３１】
この干渉露光および相分離過程においては、組成物７５等の試料を適当な温度に加熱保持しておくことが好ましい。温度によって相分離の速度が変化し、液晶分子７３の配向性に影響を及ぼすと考えられるためである。最適な加熱温度は使用する材料によって異なるが４０℃から１００℃程度が好ましい。
【０１３２】
上述のように、液晶部７１全体の常光屈折率ｎｏとポリマー部７２の屈折率ｎｐとがほぼ一致するように、液晶の種類とポリマーの種類の組合せを設定しているため、偏向性回折格子７０においては、屈折率の差を感じるか否かにより、Ｓ偏光の入射光ＬＳは回折せず、Ｐ偏光の入射光ＬＰは回折する。
【０１３３】
ここで、体積型回折格子の回折効率は屈折率変調量Δｎと厚みｄの積Δｎ・ｄに依存するので、屈折率差Δｎを大きく出来れば回折格子７０の厚みｄを薄く出来る。体積型回折格子の厚みｄを薄くすると回折効率の角度依存性が小さくなり、入射角変動に対する光利用効率低下が改善する。したがって、偏光選択性が大きく入射角度依存性が比較的少ない高効率な偏光性回折格子７０が得られる。
【０１３４】
また、本材料、方法による偏光性回折格子７０は格子層内の厚さ方向全面に周期的屈折率変調構造が形成されているので、図４、図６に示した例における体積型格子３４ｂ、５５ｂを構成するものとなり、ブラッグ回折を行わせるのに適したものとなる。体積型のブラッグ格子は９０％以上の高回折効率と角度選択性を持っているので、かかるビーム合成用偏光性回折格子３４ｂ、５５ｂとして用いるのに適している。
【０１３５】
図１６に、偏光性回折格子の別の例を示す。この偏光性回折格子８０は、２枚の透明基板８１の間において、等方性媒体８２が鋸歯形状すなわちブレーズ形状の断面を形成するように形成されているとともに、その上に屈折率異方性媒体８３が充填されており、これにより、屈折率異方性を持つブレーズ形状の媒体界面８４が形成されている。屈折率異方性媒体８３は基板面内の２方向で屈折率に異方性がある媒体である。
【０１３６】
偏光性回折格子８０は、図１６の紙面に沿った方向と紙面に垂直方向とで屈折率が異なっている。具体的には、紙面と垂直方向では等方性媒体８２の屈折率と屈折率異方性媒体８３の屈折率とは略等しく、紙面方向では等方性媒体８２の屈折率と屈折率異方性媒体８３の屈折率とは異なるようになっている。
【０１３７】
よって、偏光性回折格子８０にＳ偏光のビームＬＳが入射すると、紙面に垂直方向では両媒体８２、８３に屈折率差がないので一様媒体となり入射光ＬＳは全透過する。一方、Ｐ偏光のビームＬＰに対してはブレーズ形状の屈折率変調構造が形成されているので、ブレーズ格子の特性から＋１次回折光が強く発生する。
【０１３８】
屈折率異方性媒体８３としては液晶、高分子液晶、ポリジアセチレンなどの複屈折材料およびＴａ２Ｏ５などの斜方蒸着膜などを用いることができる。等方性媒体８２としてはエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂などの有機物質やＳｉＯ２などの無機物質などを用いることができる。
等方性媒体８２に接する透明基板８１と、等方性媒体８２とは、同一物質で一体的に形成されていても良い。
【０１３９】
ブレーズ格子形状の媒体界面８４の高さを使用波長に対して最適化すると、Ｐ偏光に対して９０％以上の＋１次光回折効率が得られる。Ｓ偏光に対しては９５％以上の０次光透過率が得られる。よって、偏光性回折格子８０は上述した各例におけるビーム合成用の偏光性回折格子として優れている。
【０１４０】
図１７に、ブレーズ格子を階段状の多段格子で近似した偏光性回折格子の別の例を示す。この偏光性回折格子９０は、図１６に示したブレーズ形状を形成することは実際上簡単ではないことから、かかる連続的形状を多段形状で近似しようとするものである。理論上、＋１次光は、図１７に示した４レベルすなわち４段形状で近似すれば８１％、８レベルすなわち８段形状で近似すれば９５％の回折効率が得られる。
【０１４１】
偏光性回折格子９０においては一方の透明基板９１に階段状のブレーズ格子形状の断面を形成するように屈折率異方性媒体９３を一体成形し、屈折率異方性媒体９３と他方の透明基板９１との間に屈折率等方性媒体９２を充填し、これにより、屈折率異方性を持つ階段状ブレーズ形状の媒体界面９４が形成されている。屈折率異方性媒体９３と等方性媒体９２との配置の上下関係はどちらでも良い。
【０１４２】
偏光性回折格子９０のＳ偏光のビームＬＳ、Ｐ偏光のビームＬＰの回折に関する作用は、偏光性回折格子８０と同様である。
また、等方性媒体９２に接する透明基板９１と、等方性媒体９２とを同一材料で一体的に形成しても良い。屈折率異方性媒体９３、等方性媒体９２は、それぞれ上述の屈折率異方性媒体８３、等方性媒体８２の材質と同じ材質とすることができる。
【０１４３】
図４に示した３ビーム合成系の例における回折格子３４ｂ、図５、図８に示した４ビーム合成系の例における回折格子４５ｂ、図９に示した４ビーム合成系の例における回折格子４９、図６に示した５ビーム合成系の例における回折格子５６ｂは、偏光方向による回折効率の依存性がなく、かつ０次光透過率と１次光回折効率が略等しく共におよそ５０％の効率を持つ回折格子であることが必要である。
【０１４４】
つまり偏光無依存性であり、かつ効率が共に５０％ということは、０次光と１次回折光のみが生じる回折格子が必要である。このような無偏向性回折格子としては、フォトポリマーを用いた体積型回折格子が最も適したものとして挙げられる。体積型位相格子とすることで、０次光と＋１次光のみが発生し、他の次数の回折光は生ぜず、０次光と＋１次回折光でおよそ５０％の回折効率を持たすことが可能である。
【０１４５】
また図５、８に示した４ビーム合成系の例における回折格子４５ａ、図６に示した３ビーム合成系の例における回折格子５６ａはＳ偏光、Ｐ偏光ともに９０％以上の１次光回折効率で回折させることを目的として、ここにもフォトポリマーを用いた体積型位相格子が用いられる。
【０１４６】
また図４に示した３ビーム合成系の例における回折格子３３ａ、３４ａ、図５、８、９に示した４ビーム合成系の例における回折格子４３ａ、４４ａ、図６に示した５ビーム合成系の例における回折格子５３ａ、５４ａ、５５ａなどは必ずしも偏光性回折格子であることは必要でなく、１次光回折効率が９０％以上であるようなフォトポリマーを用いた体積型位相格子を用いても良い。
【０１４７】
上述した各回折格子は単一ピッチの単純な格子であるから、プリズムのような体積の大きい硝材も必要なく安価に作成することができ、またビーム数が増えてもプリズムの個数増加によるコスト増よりもはるかに少ないコストでビーム合成手段を構成することができ、よって低コスト且つ簡易な構成で複数のビームを合成するビーム合成手段が提供される。
【０１４８】
以上、本発明を実施するための形態として、本発明を適用した光源ユニット、光走査装置及び画像形成装置について説明したが、本発明を適用した光源ユニットは光走査装置、画像形成装置以外のどのような装置に用いても良いし、本発明を適用した光走査装置は画像形成装置以外のどのような装置に用いても良い。
本発明の適用は、以上の説明において特に限定を行っていない限り、上述の形態に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の概略正面図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に備えられた光走査装置の構成を示す図である。
【図３】図２に示した光走査装置に備えられる光源ユニットの、２つのビームを合成するビーム合成手段の構成例を示す正面図である。
【図４】図２に示した光走査装置に備えられる光源ユニットの、３つのビームを合成するビーム合成手段の構成例を示す図である。
【図５】図２に示した光走査装置に備えられる光源ユニットの、４つのビームを合成するビーム合成手段の構成例を示す正面図である。
【図６】図２に示した光走査装置に備えられる光源ユニットの、５つのビームを合成するビーム合成手段の構成例を示す正面図である。
【図７】ビーム合成手段に備えられる偏向性回折格子が体積型格子である場合のブラッグ角からの偏移角θと回折効率の関係の一例を示す相関図である。
【図８】図２に示した光走査装置に備えられる光源ユニットの、４つのビームを合成するビーム合成手段の他の構成例を示す正面図である。
【図９】図２に示した光走査装置に備えられる光源ユニットの、４つのビームを合成するビーム合成手段のさらに他の構成例を示す正面図である。
【図１０】ビーム合成手段に備えられるビーム合成のための回折格子の最小単位を示す概念図である。
【図１１】図１０に示した回折格子の最小単位を一体化した例を示す概念図である。
【図１２】ビーム合成手段に備えられるポリマー分散液晶型の偏向性回折格子の構造を示す概念図である。
【図１３】図１２に示した体積型格子の製造方法の初期の段階を示す概念図である。
【図１４】図１３に示した体積型格子の製造方法の次の段階であって二光束干渉露光を行なっている状態を示す概念図である。
【図１５】図１４に示した二光束干渉露光により相分離構造が形成される様子を示す概念図である。
【図１６】ビーム合成手段に備えられる、ブレーズ形状の、屈折率異方性を持つ媒体界面を有する偏向性回折格子の構造を示す概念図である。
【図１７】ビーム合成手段に備えられる、階段状ブレーズ形状の、屈折率異方性を持つ媒体界面を有する偏向性回折格子の構造を示す概念図である。
【図１８】プリズムを用いてビーム合成を行なう従来の光走査装置の構成を示す図である。
【図１９】プリズムを用いて３つのビーム合成を行なう従来の構成を示す図である。
【図２０】プリズムを用いて４つのビーム合成を行なう従来の構成を示す図である。
【図２１】プリズムを用いて５つのビーム合成を行なう従来の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１    ビーム合成手段
１１、１１、・・・    複数の光源
２１ａ、２１ｂ    複数の光源
２３ａ、２３ｂ    複数の回折格子
２３ａ、２３ｂ    １組の回折格子対
２３ｂ、３３ｂ、４３ｂ、４４ｂ、５３ｂ、５４ｂ、６１    対をなす回折格子のうち出力側の偏光性回折格子
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ    複数の光源
３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ    複数の回折格子
３３ａ、３３ｂ、３４ａ、３４ｂ    ２組の回折格子対
３３ｂ、５４ｂ、７０、８０、９０    体積型格子である偏光性回折格子
３４ｂ、４５ｂ、４９、５６ｂ    最終の合成を行う無偏向性回折格子、フォトポリマー材料を用いた無偏向性回折格子
３４ｂ、４５ｂ、４９、５６ｂ    無偏向性回折格子
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ    複数の光源
４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂ    複数の回折格子
４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂ    ３組の回折格子対
４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ、４９    複数の回折格子
４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂ（、４９）    ２組の回折格子対
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ    複数の光源
５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５５ａ、５５ｂ、５６ａ、５６ｂ    複数の回折格子
５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５５ａ、５５ｂ、５６ａ、５６ｂ    ４組の回折格子対
６１、６２    １組の回折格子対
７０    ポリマー分散液晶型の偏光性回折格子
７１    主に非重合性液晶を含む層
７２    主にポリマーを含む層
７３    非重合性液晶
７４    重合性モノマーまたはプレポリマー
７５    非重合性液晶と重合性モノマーまたはプレポリマーとを含む組成物
７６    一対の透明基板
８０    ブレーズ形状の屈折率異方性を持つ媒体界面を有する偏光性回折格子
８４    ブレーズ形状の屈折率異方性を持つ媒体界面
９０    階段状ブレーズ形状の屈折率異方性を持つ媒体界面を有する偏光性回折格子
９４    階段状ブレーズ形状の屈折率異方性を持つ媒体界面
１００    画像形成装置
１５１    光走査装置
Ｌ    複数のビーム
Ｌ１、Ｌ１    複数のビーム
Ｌａ、Ｌｃ    複数のビーム
ＬＳ、ＬＰ    複数のビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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